CN109269974A - 一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法 - Google Patents

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吴小阳
张学林
黄勇
邱勇军
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Abstract

本发明涉及一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，属于特种设备领域。该方法为将辅助电极、参比电极和工作电极插在易更换、易拆卸的人孔盖，头孔盖或者手孔盖覆上，而后将三种电极连接至电化学工作站。以所要了解腐蚀行为的锅炉材质作为工作电极，将锅炉运行时的介质作为电解液，待锅炉稳定后，通过电化学测试系统的阻抗谱测试或极化曲线测试工作电极的腐蚀行为，采用相对应的数据拟合方法分析材质的腐蚀行为。本发明优点为：在锅炉运行时，用锅炉介质作为电解液测试材质的电化学腐蚀行为，避免因介质误差造成检验结果的误差；在锅炉停止运行时，卸下盖子进行工作电极的电极片更换；电极孔开孔不会影响锅炉的整体受力情况和锅炉的正常运行。

Description

一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法
技术领域
本发明属于特种设备领域，涉及一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法。
背景技术
锅炉属于危险性大、涉及生命安全的特种设备，如管理和使用不当，可能造成事故灾难。材质的损伤模式一般有腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化、机械损伤和其他损伤5大类，而在这其中，腐蚀减薄是最为常见的也是最主要的一种。目前承压类特种设备腐蚀的实时监测主要应用在储气井、油品储罐等，但其主要监测化学腐蚀性能，腐蚀片、腐蚀探针的出现及应用使得探测化学腐蚀速率更加便捷。CN201721073363.3涉及一种高温腐蚀实验挂片装置，这种装置无需在高温高压釜内即可开展高温腐蚀挂片实验。
但在锅炉中，由于其介质主要为水，水中各种离子的存在使得其电化学腐蚀机理需要得到更多的关注，但由于其高温高压特性，常规的电化学腐蚀速率测试方法无法得到满足。CN20151004467.1公布一种高温高压腐蚀电化学测量装置及测量方法，其将反应物电解池置于蒸压釜内，解决了高温高压下可以利用电化学方法测试腐蚀性能的问题。但其根本还是基于实验室测量，试验介质无法完全模拟出锅炉运行时的实际情况，检验结果存在一定的偶然性和局限性。
为此，需要一种能在锅炉运行过程中实时监测锅炉电化学腐蚀速率的手段，以解决目前分析锅炉腐蚀过程的即时性与重现性，克服传统分析的随机性、偶然性等问题，为计算锅炉材质的消耗速率，实现锅炉腐蚀速率的在线检测，进行锅炉的安全评价与寿命评估提供理论依据。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，以解决目前分析锅炉腐蚀过程的即时性与重现性，克服传统分析的随机性、偶然性等问题，为计算锅炉材质的消耗速率，实现锅炉腐蚀速率的在线检测，进行锅炉的安全评价与寿命评估提供理论依据。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，该方法为：在锅炉运行过程中实时测试锅炉用材的电化学腐蚀速率，具体包括步骤：
(1)锅炉运行前，将插有辅助电极、参比电极和工作电极人孔盖、头孔盖或者手孔盖覆盖在相对应的人孔、头孔或手孔上；
(2)辅助电极、参比电极和工作电极外接铜导线连接至电化学工作站；以所要了解腐蚀行为的锅炉材质作为工作电极，将锅炉运行时的介质作为电解液，待锅炉运行稳定后，在运行期任意时间内，通过电化学测试系统的阻抗谱测试或极化曲线测试工作电极的腐蚀行为；
(3)获得相对应的数据后，采用相对应的数据拟合方法分析材质的腐蚀行为。
进一步，在所述人孔盖、头孔盖或手孔盖与锅炉介质直接接触、且易取下更换的部位上开设辅助电极、参比电极和工作电极插入的螺孔。
进一步，所述工作电极的电极片要求加工与该锅炉需测试腐蚀行为部位同材质。
进一步，在测试过程中，所述工作电极、辅助电极、参比电极的长度满足让其触碰到测试介质，但不碰到锅炉内壁或管材的金属部件。
本发明的有益效果在于：
(1)可在锅炉运行时，直接用锅炉介质作为电解液测试材质的电化学腐蚀行为，避免因介质误差造成检验结果的误差。
(2)腐蚀后更换电极片方便，在锅炉停止运行时，卸下人孔盖、头孔盖或手孔盖等部位进行工作电极的电极片更换即可。
(3)由于电极孔开孔半径很小，且开在原来的孔盖上，不会影响锅炉的整体受力情况，也不会影响锅炉的正常运行。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为安装了三电极后的人孔盖纵向图；
图2为安装了三电极后的人孔盖俯视图。
附图标记：1-盖体，2-上套管I，3-螺母，4-垫圈，5-下套管，6-电极I，7-电极片，8-电极II。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，在锅炉运行过程中实时测试锅炉用材的电化学腐蚀速率，包括具体的测试步骤。
所述的三种电极腐蚀电极、参比电极与工作电极应安装在人孔盖、头孔盖、手孔盖等易更换、易拆卸部位。
所述的人孔盖、头孔盖或手孔盖等的部位应留有安装电极的螺纹，并用螺母3和垫圈4固定。
所述的电极与安装部位之间应有耐高温耐压的绝缘材料，为充分隔绝电极与人孔盖部分且易于安装，绝缘材料分为上套管2和下套管5两个部分。
所述的辅助电极应用与工作电极相同或相近的材料制成，见电极6。
所述的工作电极的电极片7要求加工与该锅炉需测试腐蚀行为部位同材质，且电极片焊接在工作电极棒上，如图1～2所示，在盖体1上，电极I 6和电极片7，电极I 6与辅助电极材质相同或相近。
所述的参比电极应选用能耐高温高压的固态参比电极，见电极II 8，其中参比电极离工作电极要尽可能相近但不能接触。
将工作电极、辅助电极、参比电极置于空气中的那一端连接至电化学工作站上。
在测试过程中工作电极、辅助电极、参比电极的长度要足以让其触碰到测试介质，但不得碰到锅炉内壁、管材等任何金属部件。
当采用极化曲线测试、循环伏安法测试等会对试样表面产生腐蚀的，并且会影响第二次试验的，应当在下一次测试前将工作电极的电极片取出，并进行打磨、清洗、干燥后，再进行下一次试验。
本实施例选取一台目前最常用的WNS型锅炉，型号为WNS1-1.0-YQ，该锅炉没有锅筒和集箱，故安装电极的位置选在顶部的人孔盖上。电极长度一共约30cm，电极孔直径约0.8cm。
工作电极选用锅炉制造材料20钢制成的电极片，电极片大小10cm×10cm×2cm。参比电极选择Ag/AgCl固态耐高温参比电极，辅助电极选择20钢。
锅炉停炉状态下，将插有辅助电极、参比电极和工作电极的人孔盖覆盖在上。将辅助电极、参比电极和工作电极分别连接至电化学工作站，待锅炉运行平稳后，即可开启电化学工作站，先进行至少20min的开路电位测试，直至腐蚀电位是否稳定，随后进行交流阻抗测试或极化曲线测试，当获取试验结果后，采用Ziew软件中阻抗谱拟合法对交流阻抗进行拟合，采用最小二乘法对极化曲线进行拟合，最终获取材质的腐蚀速率。
在下一次测试前，需在停炉时取出电极片重新打磨、清洗、干燥后，装至工作电极上，进行第二次试验。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，其特征在于：该方法为：在锅炉运行过程中实时测试锅炉用材的电化学腐蚀速率，具体包括步骤：
(1)锅炉运行前，将插有辅助电极、参比电极和工作电极人孔盖、头孔盖或者手孔盖覆盖在相对应的人孔、头孔或手孔上；
(2)辅助电极、参比电极和工作电极外接铜导线连接至电化学工作站；以所要了解腐蚀行为的锅炉材质作为工作电极，将锅炉运行时的介质作为电解液，待锅炉运行稳定后，在运行期任意时间内，通过电化学测试系统的阻抗谱测试或极化曲线测试工作电极的腐蚀行为；
(3)获得相对应的数据后，采用相对应的数据拟合方法分析材质的腐蚀行为。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，其特征在于：在所述人孔盖、头孔盖或手孔盖与锅炉介质直接接触、且易取下更换的部位上开设辅助电极、参比电极和工作电极插入的螺孔。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，其特征在于：所述工作电极的电极片要求加工与该锅炉需测试腐蚀行为部位同材质。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉用在线电化学腐蚀速率的测试方法，其特征在于：在测试过程中，所述工作电极、辅助电极、参比电极的长度满足让其触碰到测试介质，但不碰到锅炉内壁或管材的金属部件。
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